村莊及水庫保護煤柱設計

楊海鵬

(山西壽陽潞陽祥升煤業有限公司, 山西晉中市 045400)

0 前 言

祥升煤礦李灣村隸屬于晉中市壽陽縣宗艾鎮神武村,石門水庫位于井田中部東側,保護煤柱占壓祥升煤礦井田(上組煤3＃、6＃、8＃、9＃煤層,下組煤15＃煤層)。李灣村北側臨近石門水庫,地形平緩,北高南低,被第四系覆蓋。現石門水庫積水量約6萬余方,主要積水來源為上游煤礦排水及雨季期間的洪流。李灣村、石門水庫周圍有D378、P108、D375等3個鉆孔(見表1),從這些鉆孔看,李灣村、石門水庫周圍松散層平均厚度為44．1 m,松散層下主要巖性依次為砂質泥巖、粉砂巖、泥巖,3＃煤層平均埋藏深度為171．6 m;6＃煤層平均埋藏深度為181．3 m。該區域北側無斷層及陷落柱。煤層傾角在3°~12°之間,傾伏變化平緩,由東向西傾斜。

表1 鉆孔資料

根據補充勘,神武村、壽盂公路、聚金灣洗煤廠所壓煤柱屬上組煤3＃、6＃、8＃、9＃、下組煤15＃煤層,上組煤屬二疊系下統山西組,15＃煤層屬石炭系太原組。煤種為貧煤,3＃煤低灰-高灰、特低硫、低熱值-特高熱值;6＃煤低灰-高灰、特低硫-高硫、低熱值;8＃煤中灰-高灰、低硫-中硫、高熱值;9＃煤中灰-高灰、特低硫-低硫;15＃煤中灰-高灰、高硫分貧煤;煤低灰-高灰、特低硫-中硫、高熱值-特高熱值高灰熔點、熱穩定性較好的優質動力用煤。

1 圍護帶寬度及巖層移動角選擇

圍護帶寬度、松散層及巖層移動角的選擇,根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》[1]。石門水庫圍護帶寬度為20 m,李灣村圍護帶寬度為10 m。

祥升煤礦井田含水層組中夾有數層隔水層,各含水層相對獨立,水力聯系微弱;李灣村、石門水庫附近ZK401鉆孔單位涌水量q＝0．5894 L/(s·m),為干燥,富水性弱。因此,李灣村、石門水庫一帶松散層移動角φ采用45°。

祥升煤礦井田3＃、6＃、8＃煤層覆巖為古生代中泥巖、細粒砂巖,頂板巖性為泥巖,厚5．0 m,極限抗壓強度為19．1~24．7 MPa,抗拉強度為1．6~1．9 MPa,根據調查陽泉區巖層移動角為72°。所以,上山方向巖層移動角γ和走向方向巖層移動角δ均采用72°;下山方向的巖層移動角β＝72°-0．65α;當α≤5°時,β＝72°。

2 保護煤柱計算

保護煤柱采用垂線法[2-3],在6＃煤層底板等高線圖上繪制保護煤柱邊界。

(1)圈定村莊、水庫邊界和圍護帶邊界。在祥升煤業6＃采掘工程平面圖上,以李灣村邊界外垂直加10 m圍護帶寬度,以石門水庫邊界外垂直加20 m圍護帶寬度,即得到圍護帶邊界W1,W2,W3,…,W8的連線。

(2)圈定松散層移動邊界。根據補充勘探鉆孔資料求得各點松散層厚度,取松散層移動角φ＝45°,可得到松散層移動垂線長:L＝h ctgφ。其次在祥升煤業6＃采掘工程平面圖上,從圍護帶邊界各點按松散層移動垂線長向外作各邊的垂線,過同一邊兩垂線端點的直線與各相鄰兩邊的松散層移動邊界相交得到H1,H2,H3,…,H8各點的連線,即為松散層移動邊界。

(3)圈定保護煤柱邊界。從圖上量取可得到H1,H2,H3,…,H8各點的地面標高和6＃煤層底板標高。各點的地面標高與松散層厚度之差是各點的巖層面標高,各點巖層面標高與煤層底板標高之差就是各點的巖層厚度H。

在6＃煤層采掘工程平面圖上,量取計算出H1,H2,H3,…,H8各點的煤層傾角α,松散層移動邊界各邊與煤層傾向線所夾的銳角θ。根據以下公式計算各點的巖層移動垂線長:

式中,β′、γ′為斜角剖面移動角;H為包含6＃煤層埋深;α為煤層傾角;θ為受保護邊界與煤層走向所夾的銳角。巖層移動垂線長計算結果見表2。

表2 巖層移動垂線長

在祥升煤業6＃采掘工程平面圖上,從松散層移動邊界各點按巖層移動垂線長向外作各邊的垂線,過同一邊兩垂線端點的直線與各相鄰兩邊的巖層移動邊界相交得到B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,各點的連線,即為保護煤柱邊界(見圖1)。

圖1 保護煤柱邊界

(4)壓煤量計算。從李灣村、石門水庫保護煤柱6＃煤層底板等高線圖上,量得保護煤柱的實際壓煤面積S是38632．374 m2,約3．86萬 m2。

村莊、公路及洗煤廠周圍D375、P108、D377鉆孔6＃煤層平均厚度為1．8 m。煤層容重為1．41 t/m3。保護煤柱壓煤量[4-5]Q＝Shρ＝9．797萬t。

3 結 論

根據《三下開采規程》,采用垂線法對地面村莊以及水庫保護煤柱進行合理的預留,既為保護村莊建筑和避免水資源流失提供了依據,同時也為煤炭資源的合理利用與開發提供依據。